DE19635724A1 - Strömungsmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Strömungsmesser.

EP-A-0522708 offenbart einen Wirkdruck-Strömungsmesser mit einer konischen Drossel im Durchfluß. Die konische Drossel wird bei einem durchgehenden Fluid gegen eine Feder ver­ setzt, wobei sich der Durchflußquerschnitt zwischen der Drossel und dem Rand des Durchlasses verändert. Der Druck­ unterschied vor und hinter der Drossel ist ein Maß für die Durchflußgeschwindigkeit durch den Strömungsmesser. Da die Durchflußgeschwindigkeit die Stellung der Drossel im Durch­ laß vorgibt, kann die Vorrichtung die Durchflußgeschwindig­ keiten über einen weiten Bereich genau bestimmen.

Bei der EP-A-0 522 708 wird die konische Drossel von einem Stab in der Öffnung gehalten. Der Stab selbst wird von einer Spinnenanordnung gehalten, die sich in der Leitung befindet, die in den Durchlaß mündet. Dabei summieren sich die Toleranzen in der Konstruktion, so daß sich Drossel und Öffnung nur schwer gleichbleibend konzentrisch ausrichten lassen. Da die Drossel im Wirkdruck-Strömungsmesser nie die Öffnung ganz verschließen darf, bedeutet die mangelnde Kon­ zentrizität, daß in der Praxis zwischen Drossel und Öffnung ein vergleichsweise großer Abstand besteht. Der Strömungs­ messer kann keine kleinen Durchflußgeschwindigkeiten genau messen.

Zudem bewirkt die Reibung zwischen der Drossel und dem Stab, daß der Strömungsmesser im Betrieb eine Hysterese besitzt; in einigen Fällen kann auch die Drossel auf dem Stab ganz blockieren.

Es wird erfindungsgemäß ein Durchflußmeßgerät bereitge­ stellt, umfassend einen Strömungsmesser mit einer Düse, die einen in der vorgesehenen Durchflußrichtung weiter werdenen Abschnitt besitzt; eine Drossel, die im weiter werdenen Ab­ schnitt der Düse angeordnet ist und längs der Düse ver­ schieblich geführt wird; Gleitteilen, die nach innen in die Düse vorstehen, so daß die Verschiebung aufgrund des Druck­ unterschieds im strömenden Fluid den Durchflußquerschnitt zwischen der Außenfläche der Drossel und der Innenfläche der Düse verändert, wobei Meßvorrichtungen vorgesehen sind, die auf die Druckdifferenz vor und hinter der Drossel, be­ zogen auf den Flüssigkeitsstrom, ansprechen und Ausgabe­ signale bereitstellen, die die Durchflußgeschwindigkeit des Fluids durch den Strömungsmesser beschreibt.

Die Düse hat vorzugsweise Venturiform, wobei der sich auf­ weitende Abschnitt konisch sein kann. Die Düse hat vorzugs­ weise einen Flansch, so daß der Strömungsmesser zwischen zwei Flanschen einer Rohrleitung eingebaut werden kann.

Die Meßvorrichtung kann eine Differenzdruckzelle umfassen zum direkten Messen der Druckdifferenz vor und hinter der Drossel. Die Meßvorrichtung kann aber auch auf ein Verset­ zen der Drossel ansprechen oder auf die Kraft, die die elastische Federvorrichtung auf das Halteteil ausübt. Das Halteteil kann einen Carbon- oder Metallring umfassen, der eine Oberflächenbeschichtung mit niedrigem Reibungskoeffi­ zienten besitzt. Das Halteteil kann in der Düse angeordnet sein und Verformungsmeßvorrichtungen aufweisen. Der Aus­ gabewert der Verformungsmeßvorrichtung beschreibt die Durchflußgeschwindigkeit des Fluids im Strömungsmesser. Das Verformungsteil kann ein Außenrohr aufweisen, dessen eines Ende auf der Düse sitzt, und dessen anderes Ende verbunden ist mit einem Ende des Innenrohrs, das durch das Außenrohr geht und die Halterung am anderen Ende trägt.

Die Meßvorrichtung kann einen Temperaturfühler besitzen für eine Temperaturkompensation.

Die Drossel ist im allgemeinen zylinderförmig und hat ein halbkugelförmiges Stirnende, bezogen auf die Durchflußrich­ tung durch das Meßgerät. Das rückseitige Ende der Drossel kann ein Profil haben, das die Turbulenzen im Strom zwi­ schen der Drossel und der Düse vermindert. In einer anderen Ausführungsform ist die Drossel kugelförmig; sie kann auch hohl sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Drossel über eine Feder gegen die Durchflußrichtung durch das Meßgerät vorgespannt. Die Drossel kann eine Vertiefung haben, in die ein Ende der Feder eingreift. Es können Führungsvorrichtun­ gen für die Feder vorhanden sein, welche einem Ausbrechen der Feder begegnen. Die Führungsvorrichtungen können zum Beispiel ein Führungsstab sein, der entweder auf der Dros­ sel oder auf einem Anschlag am anderen Ende der Feder gehaltert ist und sich längs in die Feder erstreckt. Die Führungsvorrichtungen können ein Teleskopgehäuse sein; in einer anderen Ausführungsform ist das Teleskopgehäuse zu­ sätzlich vorhanden.

Die Erfindung wird nun zum besseren Verständnis und um zu zeigen, wie sie ausgeführt werden kann, an Beispielen und mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch den Strömungsmessers;

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II der Fig. 1 (nicht maßstabsgerecht);

Fig. 3 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform des Strömungsmessers; und

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform des Strömungsmessers.

Fig. 1 zeigt einen Strömungsmesser mit einer Düse 2 in Ge­ stalt eines Venturi-Rohrs, das einen eingeschnürten Ab­ schnitt 4 und einen weiter werdenden Abschnitt 6 besitzt. Der weiter werdende Abschnitt 6 hat einen Flansch 8 zum Einbau des Durchflußmeßgeräts zwischen zwei Rohrflanschen einer Rohrleitung. Die Drossel 10 ist in der Düse 2 ange­ ordnet. Sie hat einen zylinderförmigen Mittelabschnitt 12 mit einem kugelförmigen Stirnende 14 und einem sich ver­ jüngenden rückseitigen Ende 16. Die Drossel 12 besitzt eine zylinderförmige Vertiefung 18, die das Ende einer Feder 20 aufnehmen kann. Das andere Ende der Feder 20 liegt gegen einen als Carbonring ausgeführten Support 22 an.

Es sind Mittel vorgesehen (nicht gezeigt), die die Ver­ setzung der Drossel 10 nach links, bezogen auf Fig. 1, begrenzen.

Der Carbonring 22 nimmt das Ende eines Halterungsteils 24 auf, welches auf einem Verformungsteil 26 befestigt ist. Das Verformungsteil 26 umfaßt ein Außenrohr 28, das an einem Ende am Flansch 8 der Düse 2 gesichert ist. Am ande­ ren Ende ist das Außenrohr 28 mit einem Ende des Innen­ rohrs 30 verbunden, wobei das andere Ende hiervon das Hal­ terungsteil 24 trägt. Die Verformungsmesser 32 sind am Außen­ rohr 28 befestigt. Im Innenrohr 30 ist ein Platin-Wider­ standsthermometer 34 vorgesehen und zwar an einer Stelle, die in die Düse 2 vorsteht. Der Verformungsmesser 32 und das Thermometer 34 sind über Leitungen mit einer Prozessor­ schaltung 36 verbunden.

Der aufgehende Abschnitt 6 der Düse 2 hat nach innen vor­ stehende Gleitteile 38. In Fig. 2 sind drei Gleitteile 38 gezeigt. Es können auch mehr als drei vorhanden sein. Füh­ rungsbereich 6 der Düse 2: die Gleitteile haben am einen Ende einen Innendurchmesser, der nur wenig größer ist als der Außendurchmesser des zylinderförmigen Abschnitts 12 der Drossel 10. Im Bereich der Halterung 22 geben die Gleit­ teile einen mittelgroßen Innendurchmesser frei, und hinter der Halterung 22 ist der freie Innendurchmesser aus den Gleitteilen so klein, daß ein Anschlag 40 bereitgestellt wird.

In Betrieb ist der Durchflußmesser über die Flansche 8 in der Rohrleitung eingebaut. Das Fluid, zum Beispiel der Dampf, das bzw. der in der Rohrleitung strömt, bewirkt dann, daß vor und hinter der Drossel die Drucke verschieden sind, was eine Verschiebung der Drossel 14 nach rechts, be­ zogen auf Fig. 1, gegen die Kraft der Feder 20 bewirkt. Bei niedrigen Durchflußgeschwindigkeiten wird der Strom zwischen der Drossel und dem engsten Abschnitt des weiter werdenden Teils 6 hindurchgehen, aber, sobald die Durch­ flußgeschwindigkeit zunimmt, wird die Drossel dann zuneh­ mend nach rechts versetzt und der Strömungsquerschnitt zwischen der Drossel 10 und der Düse 2 vergrößert sich. Der sich verjüngende rückseitige Bereich 16 der Drossel 10 hilft, daß sich der Flüssigkeitsstrom von der Oberfläche der Drossel 10 ablösen kann, so daß Turbulenzen und ein Druckverlust vermieden werden.

Bei einem Versetzen der Drossel 10 wird die Feder 20 zusam­ mengedrückt, und die von der Feder über den Ring 22 auf das Halteteil 24 wirkende Kraft nimmt zu. Die dadurch bewirkte geringe Ablenkung des Verformungsteils 26 wird dann die Ver­ formungsmesser 32 entsprechend verbiegen. Diese geben dann Signale an die Prozessorschaltung 36 ab; gleiches erfolgt vom Platin-Widerstandsthermometer 34. Der resultierende Ausgabewert der Prozessorschaltung 36 beschreibt die Durchflußgeschwindigkeit im Strömungsmesser.

Bei einer sehr starken Strömung wird der Ring 22 gegen den Anschlag 40 gedrückt, welcher zur Begrenzung der Ablenkung des Verformungsteils 26 dient.

Die Drossel 10 wird unmittelbar von den Gleitteilen 38 in der Düse 2 zentriert. Dadurch kann man den Abstand (in Fig. 1 nicht maßstabsgerecht dargestellt) zwischen der Drossel 10 und dem engsten Abschnitt der Düse 22 kleiner halten, denn es können sich keine Toleranzen summieren wie im Strömungsmesser der EP-A-0 522 708. Durch einen noch kleineren Minimalabstand zwischen Drossel 10 und Düse 2 kann man das Ansprechen des Strömungsmessers auf sehr kleine Durchflußgeschwindigkeiten verbessern. Dies ver­ größert den Bereich, in dem der Strömungsmesser arbeiten kann. Auch lassen sich hierdurch die Reibungseffekte und die Blockierungsgefahr kleinstmöglich halten.

Da die Notwendigkeit entfällt, die Drossel auf einem Stab zu befestigen, der innerhalb des Leitungsrohrs gehalten wird, kann man hierdurch die Herstellungskosten und die Komplexität der Vorrichtung vermindern.

Der in Fig. 3 gezeigte Strömungsmesser entspricht weitge­ hend dem in Fig. 1 und zwar insbesondere hinsichtlich der Vorrichtung, welche die Kraft der Feder 20 auf den Carbon­ ring 22 in Ausgangssignale für die Prozessorschaltung 36 umwandelt. Gleiche Bezugszeichen in den Fig. 1 und 2 bezeichnen gleiche oder ähnliche Teile.

In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist die Drossel 10 ein kugelförmiger Körper, der hohl sein kann, um dessen Masse zu vermindern. Dies verbessert das Ansprechen des Strömungsmessers auf eine Änderung der Durchflußgeschwin­ digkeit. Die Feder 20 ist über die ganze Länge umschlossen. Das Teleskopgehäuse 42 umfaßt ein Außenrohr 24, das in Aus­ schnitten in den Gleitteilen 38 gesichert ist. Das Innen­ rohr 46 ist im Außenrohr 44 verschieblich angeordnet und hat ein geschlossenes Ende 48. Dieses beanschlagt die Kugel 10. Das Gehäuse 42 dient somit dazu, seitliche Ablenkungen der Feder 20 zu verhindern. Es dient auch zur Vermeidung von Turbulenzen im Fluß stromab der Kugel 10.

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform des Strömungs­ messers. Diese Ausführungsform gleicht der in Fig. 1; sie besitzt aber anders ausgeführte Meßvorrichtungen. Gleiche Bezugszeichen in den Fig. 1 und 4 bezeichnen wiederum gleiche oder ähnliche Teile.

In der Ausführungsform der Fig. 4 sieht die Drossel 10 wie in Fig. 1 aus, sie hat aber am geschlossenen Ende dem Ver­ tiefung einen mit einem Gewinde versehenen Vorsprung 50, der das Schraubgewindeende des Stabs 52, der aus einem magnetischen Material hergestellt ist, aufnehmen kann. Der Stab 52 wird von der Mutter 54 gesichert.

An dem der Drossel 10 entgegengesetzten Ende erstreckt sich der Stab 52 in eine Spulenanordnung 56, die sich in einem nicht-magnetischen Gehäuse 58 befindet. Die Spulenanordnung 56 umfaßt eine Primärspule 60 und zwei Sekundärspulen 62. Die Spulen sind funktionell mit der Prozessorschaltung (nicht gezeigt) verbunden und zwar über Leitungen 64, die durch das Anschlagteil 66 gehen, sowie einem verdickten Ab­ schnitt 68 auf einem der Gleitteile 38. Der Stopp 66 dient als Anschlag für das der Drossel 10 entgegengesetzte Ende der Feder 20.

In Betrieb verursacht eine Bewegung der Drossel 10 eine Be­ wegung des Stabs 52 innerhalb der Spulenanordnung 56. Da­ durch wird der Flußverbindung zwischen der Primärspule 60 und der Sekundärspule 62 entsprechend der Stellung des Stabs 52 verändert und damit der in den Sekundärspulen 62 induzierte Strom. Dieser wird von der Prozessorschaltung erfaßt und dient als Maß für die Stellung der Drossel 10 und somit für die Strömungsgeschwindigkeit durch die Meß­ vorrichtung.

In allen Ausführungsformen kann die Drossel 10 eine Be­ schichtung besitzen, die eine niedrige Reibung und hohe Abnutzungsbeständigkeit gewährleistet.

Claims (13)

1. Strömungsmesser, umfassend eine Düse (2), beinhaltend einen Abschnitt (6), der sich in Durchflußrichtung durch den Strömungsmes­ ser weitet, sowie eine Drossel (10), die in dem weiter werdenden Abschnitt (6) der Düse (2) angeordnet ist und von Gleitteilen (38), die nach innen in die Düse (2) vorstehen, geführt wird für ein Verschieben längs der Düse (2), wobei das Verschieben - wegen des Druck­ unterschieds, den das strömende Fluid erzeugt - den Durchflußquerschnitt zwischen der Außenfläche der Drossel (10) und der Innenfläche (6) der Düse (2) ver­ ändert, wobei Meßvorrichtungen vorgesehen sind, die auf den Druckunterschied vor und hinter der Drossel (10), bezogen auf die Durchflußrichtung des Fluids, ansprechen und ein Ausgabesignal bereitgestellen, das die Durchflußgeschwindigkeit des Fluids durch den Strö­ mungsmesser wiedergibt.

2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, wobei die Düse (2) Venturi-Form besitzt.

3. Strömungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, wobei der sich weitende Bereich (6) der Düse (2) konisch ist.

4. Strömungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, wobei die Düse (2) einen Flansch (8) besitzt zur Befestigung des Strömungsmessers zwischen Rohrflan­ schen einer Rohrleitung.

5. Strömungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, wobei die Meßvorrichtung auf ein Verschieben der Drossel (10) längs der Düse (2) anspricht.

6. Strömungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, wobei die Drossel (10) von einer elastischen Vor­ richtung (20) entgegen der Durchflußrichtung durch den Strömungsmesser vorgespannt ist, und die elastische Vorrichtung (20) zwischen der Drossel (10) und einer Halterung (22), die in der Düse (2) angeordnet ist, wirkt.

7. Strömungsmesser nach Anspruch 6, wenn abhängig von einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Meßvorrichtung auf eine Kraft anspricht, die von der elastischen Vor­ richtung (20) auf die Halterung (22) ausgeübt wird.

8. Strömungsmesser nach Anspruch 7, wobei die Halterung als Verformungsteil wirkt, die Meßvorrichtung einen Verformungsmesser (32) umfaßt, der auf dem Verformungs­ teil (24, 26, 28, 30) angeordnet ist, so daß er auf eine Ablenkung des Verformungsteils (24, 26, 28, 30) unter der Kraft, die das elastische Teil (20) ausübt, anspricht.

9. Strömungsmesser nach Anspruch 8, wobei das Verfor­ mungsteil ein erstes längliches Teil (28) umfaßt, das auf einem Ende der Düse (2) befestigt ist und am anderen Ende mit einem Ende eines zweiten Teils (30) verbunden ist, wobei das andere Ende hiervon das Halterungsteil (24) trägt.

10. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wo­ bei die Drossel (10) eine Vertiefung (18) besitzt, die ein Ende der elastischen Vorrichtung (20) aufnimmt.

11. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die elastische Vorrichtung eine Feder (20) um­ faßt, und die Führungsvorrichtung (42, 44, 46, 48) ausgestattet ist, einer seitlichen Ablenkung der Feder (20) zu widerstehen.

12. Strömungsmesser nach Anspruch 11, wobei die Führungs­ vorrichtung ein Teleskop-Federgehäuse (42, 44, 46, 48) umfaßt.

13. Strömungsmesser nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, wobei die Meßvorrichtung eine Vorrichtung (34) umfaßt zur Kompensation einer Temperaturänderung des Strömungsfluids.